什么是智能制造？

作者简介

Gavin，程序员、软件架构师、企业架构师，关注智能制造。

本文是专栏《智能制造系统架构》中的文章，其它文章请参阅入坑智能制造系统架构。

前言

简单讲，智能制造的目的和之前讲企业搞数字化、信息化的目的一致，核心目的都是提升生产运营效率和质量，降低成本。但这个过程需要不同领域、不同层级的专家团队的参与。业务层面，需要企业战略规划、企业管理流程专家和企业实际业务部门的逐层分解和细化，同时受限于企业物理环境、政策环境等基础环境的影响；技术层面，要考虑了解并应用先进技术解决过去无法解决或难以解决的问题，使用并适配适合自己企业特点的行业解决方案，开发实施满足企业需求的软硬件系统，并通过运维实现系统的长期稳定运行。

因此，企业搞信息化，动辄就是需要数十、上百人共同参与，涉及的专业包括企业管理、IT技术、网络通信、自动化以及数据分析、人工智能、安全等多种领域、这本身就是一个复杂的系统工程。

什么是智能制造？

“智能制造”的解释有很多版本，比如《智能制造发展规划（2016-2020）》，《面向2035的中国智能制造发展战略》等文献中都有定义，如果将范围扩展到与其类似或关联的概念，比如工业互联网、物联网、工业4.0中提出的CPS...那么版本就更多了。本文无意要在学术上拆解分析这些概念的差异，所以只选择个人比较接受的一个解释，来自《面向2035的中国智能制造发展战略》。

智能制造是新一代信息技术与先进制造技术的深度融合，贯穿于产品、制造、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，不断提升企业的产品质量、效益、服务水平，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。

因此，制造企业实现智能化的目的是降低成本，提升运营效率，优化客户体验。其技术基础是全面的数字化、互联化，以及较高水平的自动化和人机协作、以及关键环节智能化。其演进发展中可以总结、归纳和提升出智能制造的三种基本范式，即：数字化制造——第一代智能制造，数字化网络化制造——“互联网+制造”或第二代智能制造，数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。

三类基本范式都是以数字化为基础。数字化制造通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、分析、决策和控制，快速生产出满足用户要求的产品。

不过现实情况中，并非所有的制造企业都已经达到数字化的水平。如果将手工化制造算成最基础的生产制造模式，到智能化制造中间经历如下模式。

• 手工化：通过工人使用简单工具手工操作完成生产操作，中间信息通过手写纸质单据传递。
• 机械化：用机械来代替人工劳动完成生产作业。
• 自动化：是指在机械化基础上实现机械设备的流程化连接，使机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动执行并实现预期的目标。
• 数字化：是指利用计算机、通信、网络等技术，通过统计技术量化管理对象与管理行为，实现研发、计划、组织、生产、协调、销售、服务、创新等职能的管理活动和方法。数字化制造过程会大量应用数字化设计、数字化建模与仿真、数字化装备，并采用信息化管理，实现生产过程的集成和优化运行。
• 网络化：在数字化基础上，网路连接产品、设计、研发等环节，实现协同与共享。在实现厂内集成基础上，进一步实现制造的供应链、价值链集成和端到端集成，实现制造企业的数据流、信息流联通。
• 智能化：整个生产系统具备学习能力，即生成知识和运用知识的能力，并具备一定的自组织、自决策的能力。

这六个模式有一定的前后关系。比如机械化是基于手工化工艺流程将重复的操作通过机械固化实现，自动化是在机械化基础上实现机械设备的流程化连接，数字化实现了物理设备的数字化和管理的信息化，网络化在自动化和数字化基础上将物理空间和数字空间连接起来，智能化在数字信息的基础上实现了自组织、自学习、自决策的能力。

但同时这种前后关系并不是严格的，也就是说并非所有的企业都是按照上面的步骤一步一步从手工化发展到机械化、再发展到自动化、数字化、直至智能化。比如很多行业的特定流程是无法实现自动化的，就是通过手工操作加流程管理。这种情况下可能会直接是手工化操作+数字化管理。但这一类企业在实现网络化、智能化建设时，普遍会面临一个问题，就是生产过程数据采集困难、数据质量不高导致网络化、智能化难以实现。

另外，企业也并非全面实现前一阶段后再发展下一阶段。因为对于规模比较大的企业，组织结构往往比较复杂。集团下面包含多个工厂、工厂下面包含多个车间、车间下面包含多条生产线或者多个机组。不同工厂、车间甚至产线会因为工艺、管理或经济的原因导致发展并不均衡。所以，在一个制造企业中经常存在多种模式混合发展的情况。当然，这也是智能制造架构设计复杂并且实现困难的原因。

制造都需要智能吗？

为什么会问这个问题？因为给人的直观印象就是后面的模式比前面的模式好，智能化的自组织、柔性化生产会比自动化的流程生产或者手工生产先进。所以企业会很容易将数字化、网络化、智能化作为目标，投入大量人力、物力来实现这一目标。

但我的理解是，这些模式都只是手段，不是目标。这就是说作智能制造的目标不是智能化本身，而是其它能够直接给企业带来效益的实际目标。而在没有实际目标的前提下，智能化、网络化或者数字化等都不是必要的。

比如一般企业自我改造的目的基本都是提升生产运营效率和质量，降低成本。通过机械化可以实现提升单点生产效率的目标；通过自动化可以实现提升局部范围生产效率的目标；通过数字化可以实现企业内整体管理运营效率的目标；通过网络化可以实现提升内外部供应链、以及与用户端管理效率和质量的目标；而智能化又可以实现对局部或者整体管理效率的再优化。

而企业决定作什么模式的改造，首先考虑的自然是投资回报率，优先解决的是影响整体效率的瓶颈问题。比如影响整体效益的如果是某个单点生产节点，优先考虑的是实现瓶颈节点的机械化、自动化甚至智能化；如果影响整体效益的是供应链管理效率，网络化建设是重点加强对象；如果希望通过大数据分析或智能决策来替代人脑模糊决策甚至解决人力难以实现的决策分析工作，则需要智能化。

因此，并非所有企业都必须全面实现智能制造，但了解智能制造以及之前各模式是必要的，而智能制造架构框架会在你需要时为你提供必要的参考和指引。